仪器类交叉学科大学生创新人才培养模式研究

靳宝全 高 妍 王 东 乔铁柱

太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室 山西太原 030024

仪器类交叉学科大学生创新人才培养模式研究

靳宝全 高 妍 王 东 乔铁柱

太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室 山西太原 030024

基于交叉学科特点，分析了影响仪器类交叉学科大学生创新人才培养的因素，总结了仪器交叉学科与现有学科之间的关系，提出从仪器类学科研究方向设定、仪器类学科课程体系改革及综合配套改革三方面共同推进大学生创新人才培养的模式，为仪器类交叉学科大学生创新人才培养模式提供了新思路。

仪器；创新人才；交叉学科；改革

交叉学科是随着社会的发展进步的要求而逐渐发展起来的，是原本独立的各个学科相互交叉、融合、渗透下形成的新的学科。随着科学研究领域的不断推进，许多重大的研究成果、推进人类进步的发明以及先进的工程技术均来自于交叉学科的发展，交叉学科的不断发展与进步，必将推动科技向着更高的水平发展。

交叉学科的发展来源于单一学科对某些问题无法做出科学的解释时，需要融合其他学科的知识才能解决。目前需要学科交叉来解决的问题愈来愈多，例如纳米科学、生物医学、生物信息学等，在新形势下需要对传统的大学生培养模式做出新的适应性的调整。文献［1］指出协同创新对交叉学科发展具有重要的促进意义，根据高校与企业及科研单位协同创新中建立新体制方面出现的问题，从基本理论和研究范式方面进行了系统的阐述，初步阐述了协同创新与交叉学科发展的关系；文献［2］提出学科交叉是培养拔尖创新人才的一个重要途径，并针对传统管理体制及组织体制对交叉学科发展的束缚展开了分析，提出制度创新促进交叉学科发展的理念；文献［3］针对软件工程交叉学科发展中存在的问题，从综合实验平台构建、人才梯队建设、实习基地建设、实践模式改革等方面进行阐述，为软件工程交叉学科的发展提供了思路；文献［4］针对交叉学科专业教学过程中存在的教学模式缺陷，从组建方式、管理职能、管理制度、团队文化、激励机制等方面进行分析，为交叉学科专业教学团队建设提供了思路；文献［5］针对交叉学科实验教学环节的建设提出了“学科交叉，实践创新”的理念，从课程体系及教学方法改革、考核方法、校企合作、师资建设等方面开展工作并取得显著成效；文献［6］提出交叉学科人才培养中要树立大学科观，建立相应的制度保障，实现交叉学科与人才培养的良好互动。上述研究从不同的角度对交叉学科的发展进行了系统分析，可对交叉学科的发展提供有价值的借鉴。

仪器类学科具有典型的交叉学科特征，涉及测控技术及仪器、现代传感技术、精密测试与计量理论、虚拟仪器、微纳系统理论与应用、微小型机电系统、智能结构系统与智能控制技术、信号分析与数据处理等，领域涉及矿业、冶金、军事、医疗、通信、航空航天、农业、材料、环保等。而目前由于国内高校受传统教育理念的束缚，学科分类单一，已经严重不适应仪器类交叉学科大学生创新人才培养，迫切需要提出一种适应目前发展需要的仪器类交叉学科大学生创新人才培养模式。

我校拟设置的仪器类专业是面向工科学生所开设的二级学科专业，是机械工程、电子科学与技术、安全科学与工程、生物医学工程4个一级学科的交叉学科，其建设与培养均围绕此展开。下面从学科关系、研究方向、课程体系、综合改革等四方面进行论证，探讨仪器类交叉学科大学生创新人才培养模式。

1 仪器类学科与原4个一级学科的关系

1.1 与机械工程学科的关系

拟设的仪器类专业与机械学科下的二级学科机械电子工程、机械制造及其自动化、机械设计理论有密切的联系和相互交叉，但其涉及的研究更偏向于精密仪器机械及其设备制造。

1.2 与电子科学与技术学科的关系

拟设的仪器类专业与该学科下的二级学科物理电子学、电路与系统、微电子学及固体电子学有密切的联系和相互交叉，但其更侧重于实际系统的应用研究方面，具有很好的互补作用。

1.3 与安全科学与工程学科的关系

考虑到学校的定位及山西省的特点，煤矿安全生产实现离不开新型检测传感器及仪器设备的支撑，要依靠煤矿专用传感器及仪器实现设备的自动控制、安全检测、故障预警。安全科学与工程的技术进步离不开仪器科学与测试技术的支持，特别是针对煤矿领域的仪器科学与测试技术对于推动我国安全科学与工程的整体技术水平与科技进步具有重要的作用。

1.4 与生物医学工程学科的关系

生物医学工程学是一门理工医相结合的交叉学科，是在电子与微电子学、现代计算机技术、化学与化工、力学、物理学、光学与光信息学、精密机械和精密测量技术基础上形成的新兴学科，与仪器类学科具有很强的融合性。

2 仪器类学科研究方向设定

拟设的仪器类专业主要研究方向及研究内容有以下几种。

2.1 光电仪器技术

内容涵盖保密光通信、激光测距、光纤断点检测、高速随机数产生、超宽带技术、光纤测距等。具体可从高维、宽带激光的产生与控制、高精度光时域反射仪、高速随机数的产生、光纤振动、测温、测应力方面展开研究。

2.2 新型传感器与智能仪器技术

内容涵盖新型物位传感器与检测机理的研究、生物传感器与制备技术的研究、新技术集成与微制造技术的研究、冰层厚度检测理论及其在水文信息自动化测量领域的应用研究等、煤矿井下灾害检测等。具体可从水位传感器、冰情检测传感器、煤矿安全检测传感器、水质在线分析传感器及检测仪、环境质量在线分析传感器及检测仪方面展开研究。

2.3 机械故障诊断与分析技术

内容涵盖机械故障诊断所涉及的仪器开发、故障信号处理、传感器设计等。具体可从振动信号检测与分析、油液质量分析技术、结构损伤检测等方面开展研究。

2.4 新型光电子器件设计与制备技术

内容涵盖有机光电子器件设计与制备技术、光子晶体光学器件的设计与研究等。具体可从有机光电子器件新结构设计、制备技术、有机电致发光器件界面特性与其发光效率、表面等离激元提高有机太阳能电池能量转换效率、光子晶体全新光子学器件等方面开展研究。

3 仪器类学科课程体系改革

仪器类学科课程体系的改革均围绕前述4个一级学科的交叉融合开展，课程体系设置需综合考虑应用需求及师资配备情况。课程体系包括公共课与学科专业课两大类。其中学科专业课对于培养创新人才的学科基础知识具有重要作用，具体设置如下：电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、EDA基础及应用、现代传感技术、信号分析处理、自动控制原理与系统、现代控制理论、单片机原理、C程序设计、机械原理与机械设计、精密机械制造工程、光学基础、光纤技术及应用、现代测试技术、嵌入式系统开发、虚拟仪器技术、光电子材料学、生物医学工程概述、安全工程导论、精密测控与系统。

在实验课程设置方面除了上述课程所设实验外，可充分利用我校重点实验室的相关开放资源，增设各学科交叉的综合性实训和设计内容。

4 综合配套改革

4.1 依托协同创新中心推动仪器类交叉学科创新人才培养

我校协同创新中心围绕煤基低碳展开，着力解决相应产业链条中急需的仪器、传感器、测试方法等关键问题，借此平台让仪器专业高年级学有余力学生在掌握相关学科的基础知识后参与到具体的项目团队中，在教师的指导下与团队中的研究生协作解决具体问题，在学习与实践的过程中培养其协同创新能力。图1所示为仪器类学科学生正在参与我校协同创新中心的科研工作。

图1 学生参与协同创新中心的科研工作

4.2 依托学校生涯导航计划促进仪器类交叉学科创新人才培养

仪器类学生通过参与学校生涯导航计划，不断提高自身素质及独立解决问题能力，增强其在科学研究中的创新能力。

4.3 依托三类大学生创新创业训练项目加速仪器类交叉学科创新人才培养

大学生创新创业训练项目，依托教育部、山西省教育厅、太原理工大学组成国家级、省级、校级的大学生创新能力培养体系，提高大学生创新能力。从2011年到2014年我校共获批43项国家级项目、105项省级项目和152项校级项目，其中不乏仪器设备的开发设计和应用，大创项目可为仪器类交叉学科优秀创新人才的脱颖而出提供更多的保障。

5 结束语

仪器类交叉学科能够完善我校机械工程、电子科学与技术、安全科学与工程、生物医学工程一级学科布局，优化学科结构，各学科互相推动、共同发展，进而培养适合社会需要的创新型人才。

［1］游士兵，惠源，崔娅雯.高校协同创新中交叉学科发展路径探索［J］.教育研究，2014（4）:94-99.

［2］马廷奇.交叉学科建设与拔尖创新人才培养［J］.高等教育研究，2011，32（6）:73-77.

［3］康一梅，王春梅，孙伟.软件工程交叉学科实践机制探索［J］.计算机教育，2013（17）:57-60.

［4］郭国强.论交叉学科专业教学团队的内涵及建设［J］.中国大学教学，2013（3）:70-72.

［5］王红梅，邹艳，王吉华.基于交叉学科的实验教学示范中心的建设与实践［J］.中国现代教育装备，2014（21）:30-32.

［6］汪漾.交叉学科建设与战略性新兴产业人才培养探索［J］.中国电力教育，2014（36）:66-67.

The Innovation Talents Training Mode on Instrument Interdisciplinary Students

Jin Baoquan， Gao Yan，Wang Dong， Qiao Tiezhu
Key Lab of Advanced Transducers and Intelligent Control System， Ministry of Education and Shanxi Province， Taiyuan University of Technology， Taiyuan， 030024， China

Based on the analysis on the characteristics of interdisciplinary disciplines， analyzed the influence factors of instrument interdisciplinary college students' innovative talent training， summarized the relationship between instruments and interdisciplinary discipline and the existing disciplines， put forward the direction setting， subject curriculum system reform and comprehensive reform， jointly promote the creative talents training mode college students from three aspects， which will provide a new idea for the instrument of interdisciplinary college students' innovative talent training mode.

instrument； innovation talents； interdisciplinary disciplines； reform

2015-03-24

靳宝全，博士，副教授。高妍，硕士，副教授。

2013年度山西省教育科学“十二五”规划课题“提高大学生创新创业能力的培养模式研究”（编号：GH12007）；2014年度太原理工大学教育教学改革项目“交叉学科工程实践创新人才培养模式研究”。